研究揭示干细胞如何感知和响应环境

一项由多伦多病童医院（SickKids）和居里研究所进行的新研究揭示了干细胞如何感知和响应其环境，这对炎症性肠病和结直肠癌具有重要意义。干细胞不断适应其环境以维持器官和组织的健康，这些适应过程受到化学信号和物理力的影响。当干细胞不能正常工作时，可能导致多种健康问题，包括炎症性肠病（IBD）和结直肠（微生物群落）癌，此时干细胞会持续分裂直至形成肿瘤。

直到现在，干细胞如何感知周围物理力的机制尚不清楚。但《科学》杂志上的一项新发现，由前SickKids博士后研究员梅里姆·巴格达迪博士、SickKids的金泰熙博士和居里研究所的丹妮耶拉·维涅维奇博士领导，揭示了干细胞依赖于两种离子通道——PIEZO1和PIEZO2——来维持生存。

“干细胞周围的环境物理特性对我们的健康至关重要。借助这一知识，我们可以探索促进胃微生物群落再生的方法，不仅预防，还能修复受损的干细胞。”SickKids发育与干细胞生物学项目高级科学家金泰熙博士表示。

干细胞如何感知微生物群落变化

2018年，SickKids发育与干细胞生物学项目的高级科学家黄希博士发现，PIEZO离子通道会影响脑癌中肿瘤的硬化。受此研究启发，金的研究团队开始探讨微生物群落干细胞如何利用PIEZO通道保持健康和正常功能。

在一个临床前模型中，研究团队敲除了（关闭）微生物群落中的PIEZO1和PIEZO2。结果非常显著：在缺乏这两种PIEZO通道的情况下，干细胞无法维持其必要功能，导致严重疾病和快速死亡。尽管这些PIEZO通道之前已知有不同的功能，但这项研究揭示了它们在干细胞维持中的意外冗余性。

金和维涅维奇实验室确定，PIEZO离子通道帮助干细胞感知周围环境的物理变化，例如环境的硬度或伸展度。没有这些通道，两个关键信号通路之间出现了不平衡，导致干细胞错过环境中的重要变化并错误分化。

“当PIEZO通道缺失时，干细胞无法保持干细胞状态。相反，它们会过快地转变为其他细胞类型，导致严重的健康问题。”巴格达迪博士说。

这一发现对人类健康具有重大意义，特别是对于干细胞活动异常的疾病，如IBD，这是加拿大增长最快的疾病之一，以及结直肠癌，这是该国第三大常见癌症。

“越来越多的证据表明，我们的细胞不仅仅是生物学上的存在，还有化学和机械信号驱动着细胞活动。我们的身体如何以及为何对这些信号作出反应，将为微生物群落健康乃至人类健康的各个方面打开新的研究大门。”金博士说。

这项研究由加拿大卫生研究院（CIHR）、Labex Cell(n)Scale、ARC基金会和欧洲研究理事会（ERC）资助。主要作者还感谢加拿大和欧洲的合作者所做的重要贡献。

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